JP5785714B2 - オープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、オープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法に関するものであり、さらに詳細には、オープンセンタ（ｏｐｅｎ ｃｅｎｔｅｒ）方式の油圧システムを使用する油圧掘削機において作業装置と旋回との複合作業時、油圧ポンプの吐出圧力に従って作業装置と調和がとれるように電気によって制御する、旋回モータの速度を調節できるように改良されたオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法に関するものである。

一般的には、掘削機の油圧システムにおいて、電気油圧システム（ｅｌｃｔｒｏ-ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）の開発で電子制御式弁による旋回制御が多く導入されており、最近では電気モータを主な動力として使用するハイブリッド方式の開発に従って、既存の油圧掘削機の旋回部が電気モータに代替されたり、 油圧及び電気モータが共に使用される場合が多くなってきている。この場合、既存の油圧システムから独立して構成される制御器により掘削機の旋回作業が制御される。

図１は従来の掘削機用油圧システムのクローズドセンタ（ｃｌｏｓｅｄ ｃｅｎｔｅｒ）方式の油圧システムを示した概略図であり、図２は従来の掘削機用油圧システムのオープンセンタ方式の油圧システムを示した概略図である。図を参照すると、図１に示したように、クローズドセンタ方式の油圧システムを使用する場合には、旋回モータ３を制御するために第１油圧ポンプ１から吐き出される油圧が電子制御弁５を介して制御され、作業装置としてブームやアームまたはバケット用アクチュエータ４の駆動のために第２油圧ポンプ２から吐き出される油圧が作業装置制御弁７を介して独立的に制御される。

しかし、図２で示したように、オープンセンタ方式の油圧システムの場合には、複合作業時に旋回モータ３及び作業装置のアクチュエータ４の相互間に油圧が影響を与えるように設計されているため、相対的に大きい負荷が要求される旋回モータ３を適切に制御しなければならない。つまり、旋回作業時には第１油圧ポンプ１の油圧を使用するとしても、作業装置のアクチュエータ４は合流ライン９を通じて第１及び第２油圧ポンプ１、２の油圧を全て使用する。

この場合、旋回モータ３は最大トルクを出力できないが、これはそれぞれの作業装置の負荷が旋回モータ３の初期負荷に比べて低いからである。旋回モータ３のトルクは作業装置の負荷以下に制限されながら複合作動が行われる。

これに従い、旋回モータ３の出力トルクは単独作動時に比べて、作業装置と共に行われる複合作動または複合作業時、その出力トルクが低くなる結果をもたらし、旋回作業と作業装置を十分に制御できないという問題点があった。

また、従来の油圧システムにおいて、改良の必要がある旋回作業と作業装置の調和をなすように制御するために多様な解決手段が模索されている中、一つの実施例として、日本の小松製作所により公開された下記の特許文献１にはハイブリッド型油圧システムが開示されている。

しかし、前述した特許文献１には一つの可変油圧ポンプが電子式レギュレータにより制御される方式で構成され、複合作業時に油圧ポンプの出力を制御するためには斜板の傾転角の要所が絶対的に必要であり、油圧ポンプの吐出側から実質的な油圧システムの吐出圧力を感知することができないため、旋回制御を適切に行えないという問題点が発生する。

米国特許第６，７０８，７８７号明細書

本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたものであり、オープンセンタ方式の油圧システムにおいて油圧ポンプの吐出側から油圧ポンプの吐出圧力を検出して旋回と作業装置の複合作業時に油圧ポンプの吐出圧力を土台にして旋回モータの速度を調節することができるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法を提供することにその目的がある。

前述した目的を達成するために本発明は、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、旋回モータと、ブームやアーム用アクチュエータを含む作業装置用アクチュエータと、前記第２油圧ポンプと前記作業装置用アクチュエータの間に設けられ、前記作業装置用アクチュエータの起動、停止及び方向転換を制御する作業装置制御弁と、前記第２油圧ポンプと前記作業装置制御弁の間に形成された供給ラインに設けられ、前記第２油圧ポンプの吐出圧力を感知する吐出圧力感知センサーと、前記旋回モータに連結して前記吐出圧力感知センサーから検出された圧力に従って前記旋回モータの速度を制御する旋回モータ制御器と、を含むオープンセンダ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法において、前記旋回モータの速度を制御する段階、旋回及び作業装置の複合操作時、前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサーから検出された圧力に従って、予め設定されたポンプ吐出圧力を比較する段階、及び、前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサーから検出された圧力に従って、予め設定されたポンプ吐出圧力を比較した結果に応じて前記旋回モータの限界速度を制御する段階を含んで構成される。

また、本発明によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法は、前記旋回モータが電気により駆動し、前記予め設定されたポンプ吐出圧力はブームアクチュエータまたはアームアクチュエータ及び走行作業装置の駆動に従って予め設定される。

本発明によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法は、オープンセンタ方式の油圧システムにおいて、油圧ポンプの吐出側から油圧ポンプの吐出圧力を検出するので、従来と違い油圧ポンプの斜板の傾転角の要所に関連した設計が不必要なため、油圧システムをコンパクトに構成することができるだけでなく、旋回と作業装置の複合作業時に第２油圧ポンプから吐き出される油圧を土台にして旋回モータの速度を制御することによって、作業装置と旋回を調和させることができる長所がある。

従来の掘削機用油圧システムのクローズドセンダ方式の油圧システムを示した概略図である。 従来の掘削機用油圧システムのオープンセンタ方式の油圧システムを示した概略図である。 本発明の一実施例によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法のフローチャートである。 本発明の一実施例に従った、オープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法により旋回モータを制御する油圧システムの概略図である。

以下、本発明による実施例について添付図面を参照しながら説明する。先ず、図において、同じ構成要素や類似した部分においては同じ図面符号を付する。

図１は従来の掘削機用油圧システムのクローズドセンタ方式の油圧システムを示した概略図であり、図２は従来の掘削機用油圧システムのオープンセンタ方式の油圧システムを示した概略図、図３は本発明の一実施例によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法のフローチャート、図４は本発明の一実施例に従ったオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法により旋回モータを制御する油圧システムの概略図である。

本発明の説明において、符号１及び２は、それぞれ第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを示し、符号４は、ブームやアームを含んだ作業装置用アクチュエータ、符号７は、作業装置制御弁の概略を示したものである。

本発明の一実施例によると、第１油圧ポンプ１と、第２油圧ポンプ１０と、旋回モータ６と、ブームやアーム用アクチュエータを含む作業装置用アクチュエータ４と、前記第２油圧ポンプ１０と前記作業装置用アクチュエータ４の間に設けられ、前記作業装置用アクチュエータ４の起動、停止及び方向転換を制御する作業装置制御弁１３と、前記第２油圧ポンプ１０と前記作業装置制御弁１３の間に形成された供給ラインに設けられ、前記第２油圧ポンプ１０の吐出圧力を感知する油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１と、前記旋回モータ６に連結して前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１から検出された圧力に従って前記旋回モータの速度を制御する旋回モータ制御器１２と、を含むオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法において、旋回及び作業装置の複合操作時に前記旋回モータ６の速度を制御する段階Ｓ１００、前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１から検出された圧力と予め設定された作業装置のポンプ吐出圧力（Ｐｒｅｆ）とを比較する段階Ｓ２００、及び、前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１から検出された圧力と予め設定された作業装置のポンプ吐出圧力（Ｐｒｅｆ）とを比較した結果に応じて前記旋回モータの限界速度Ｖを制御する段階Ｓ３００を含んで構成される。

本発明の一実施例によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムにおいて、前記旋回モータ６は電気により駆動し、前記予め設定されたポンプ吐出圧力はブームアクチュエータまたはアームアクチュエータ及び走行作業装置の駆動によって予め設定される。

本発明の一実施例において、まだ説明していない符号Ｔは作動油が帰還する油圧タンクを表す。

以下、本発明によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法の作動原理について説明する。

第２油圧ポンプ１０と前記作業装置制御弁１３の間に形成された供給ラインに設けられた作業装置用アクチュエータ４、例としてブームアクチュエータやアームアクチュエータ、の起動、停止及び方向転換の制御は、従来の油圧システムの原理と同一である。

本発明によるオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムは、ブームアクチュエータやアームアクチュエータを駆動時、前記作業装置制御弁１３と第２油圧ポンプ１０の間に設けられた油圧ポンプ吐出圧力感知センサーで第２油圧ポンプ１０の吐出圧力を感知し、この感知信号は旋回モータ制御器１２に印加する。

通常、単独の旋回作業時、旋回モータ６は旋回モータ制御器１２により制御されるが、旋回と作業装置の複合作業時、前記旋回モータ制御器１２は、検出される第２油圧ポンプ１０の吐出圧力と、作業装置の負荷に応じて予め設定されたポンプ吐出圧力とを比較する。

特に、旋回モータ制御器１２は、旋回と作業装置の複合作業時、前記旋回モータ６の速度を制御する段階Ｓ１００、前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１から検出された圧力と、予め設定された作業装置のポンプ吐出圧力とを比較する段階Ｓ２００、及び前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサー１１から検出された圧力と、予め設定された作業装置のポンプ吐出圧力とを比較した結果に応じて前記旋回モータの限界速度Ｖを制御する段階Ｓ３００を通じて前記旋回モータ６の速度を制御する。

つまり、旋回を担当する旋回モータ制御器１２は、複合作業と判断すると、旋回モータ６の出力を制限するために油圧システムの圧力を、第２油圧ポンプ１０の斜板の傾転角度が変化したとしても、油圧ポンプ吐出側の圧力だけを測定するということである。

旋回モータ制御器１２は、前記測定を通して、複合作業時に発生するブームアクチュエータやアームアクチュエータ及び走行装置の負荷がどの水準で要求されるのか算出し、その結果に基づいて旋回モータのトルクを制限し、その限界速度Ｖを決定するものである。

もし、複合作業時に前記第２油圧ポンプ１０の吐出側で検出されたポンプ吐出圧力が、予め設定されたポンプ吐出圧力より低い場合、または変化がない場合、旋回モータ制御器１２は旋回単独作業と同様に電気で駆動する旋回モータ６の速度を制御する。

一方、本発明の実施例によると、旋回とブームとの複合作業時に前述した旋回モータの限界速度Ｖは旋回とアームとの複合作業時より相対的に低速に制御するのが適当であるが、建設現場の条件や作業環境及び製品仕様によって様々に変形できるということは勿論言うまでもない。

以上で、本発明について添付した図面及び実施例に従って具体的に説明したが、添付した図面及び前記実施例は本発明に対する当該技術分野において通常の知識を有する者の理解がしやすいように例を挙げて説明したものである。したがって、前記の実施例は制限されたものではなく、例として示したものであり、本発明の範囲は添付した特許請求範囲に記載された発明に従って解析されなければならず、その範囲は当該技術分野において通常の知識を有する者による多様な変更、代案、均等物を含む。

１ 第１油圧ポンプ
２、１０ 第２油圧ポンプ
４ 作業装置用アクチュエータ
７、１３ 作業装置制御弁
１１ 油圧ポンプ吐出圧力感知センサー

Claims (2)

1. 第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、旋回モータと、ブームまたはアーム用アクチュエータを含む作業装置用アクチュエータと、前記第２油圧ポンプと前記作業装置用アクチュエータの間に設けられ、前記作業装置用アクチュエータの起動、停止及び方向転換を制御する作業装置制御弁と、前記第２油圧ポンプと前記作業装置制御弁の間に形成された供給ラインに設けられ、前記第２油圧ポンプの吐出圧力を感知する吐出圧力感知センサーと、前記旋回モータに連結し、前記吐出圧力感知センサーから検出された圧力に従って前記旋回モータの速度を制御する旋回モータ制御器と、を含むオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法において、
   旋回及び作業装置の複合操作時、前記旋回モータの速度を制御する段階、
   前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサーから検出された圧力と、予め設定されたポンプ吐出圧力とを比較する段階、及び
   前記油圧ポンプ吐出圧力感知センサーから検出された圧力と、前記予め設定されたポンプ吐出圧力とを比較した結果に従って前記旋回モータの限界速度を制御する段階を含んで構成されることを特徴とする、オープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法。
2. 前記旋回モータが電気により駆動し、前記予め設定されたポンプ吐出圧力はブームアクチュエータまたはアームアクチュエータ及び走行作業装置の駆動に応じて予め設定されることを特徴とする、請求項１に記載のオープンセンタ方式の掘削機用油圧システムの旋回モータ制御方法。

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